第6讲变频调速的经济效益

1第6章变频器的节能和故障分析6．1节能的几个方面6．1．1调速可以节能1．恒转矩负载2．二次方律负载图6－1恒转矩负载的变速运行a）全速运行b）低速运行c）功率特性图6－2二次方律负载的变速运行a）全速运行b）变速运行c）功率特性26．1．2消除浪费1．空气压缩机泄载2．锅炉给水泵回流图6－3空气压缩机的泄载a）泄载的浪费b）变频节能图6－4锅炉给水泵的回流调节a）回流的浪费b）变频节能36．2变频调速的节能6．2．1与其他调速电机相比6．2．2变频调速的节能措施1．降低电压可以节能图6－6解决大马拉小车的基本途径图6－5各种调速电动机a）直流电动机b）异步电动机c）电磁调速电动机42．变频器的降压措施3．多台变频器共母线图6－7变频器的降压措施a）工频运行时b）低频运行时图6－8多台变频器共母线54．回馈单元图6－9接入电能回馈单元a）能耗电路b）回馈单元66．2供水系统的节能分析6．2．1水泵管路的基本模型1．水泵管路的基本模型和节能的考察部位2．变频水泵管路的能量传递（1）变频器的输入功率PSX＝3ULIVIλ（2）变频器的输出功率PSX’＝3UXIVOcosφ1PSX’≈PSX（3）电动机的轴功率PMX＝9550MXMXnT＝PLX（4）管路的流体功率图6－10水泵装置的基本模型7PGX＝0.163HXQX86．2．2流体功率的节能分析1．管路的基本特性与工作点（1）扬程特性（2）管阻特性图6－11供水系统的扬程特性a）全速时的扬程特性b）不同转速时的扬程特性图6－12供水系统的管阻特性a）阀门全开时的管阻特性b）不同开度时的管阻特性9（3）供水系统的工作点与基本功耗消耗功率：P＝0.163H·Q基本功耗：PA＝0.163HA·Q2．流体功率的节能分析图6－14不同控制方式的节能效果a）关小阀门调节流量b）降低转速调节流量c）两种方法的比较图6－13供水系统的工作点a）供水系统的静扬程b）工作点与基本功耗103．节约功率并非单调函数6．2．3轴功率的节能分析1．水泵的机械特性TL＝T0＋KT·nL2图6－16离心式水泵的机械特性a）全速运行b）低速运行图6－15节能效果与流量的关系a）流量大b）流量减小c）流量更小112．轴功率节能效果与流体功率的差别6．2．4电功率的节能分析1．电动机的输入功率PM＝3U1I1cosφ1当fX＜fN时（1）UX的大小取决于U／f比（由预置转矩提升决定）（2）电流I1X的变化规律见电流－电压曲线［I1X＝f（UX）］2．节能效果与U／f比图6－18转矩提升与节能a）U∕f线b）低频时的工况图6－17轴功率与流量的关系a）流体功率节能特点b）水泵的效率c）轴功率与流量的关系123．小结图6－19供水系统节能小结136．3全面评价经济效益6．3．1故障减少的效益6．3．2设备寿命延长的效益6．3．3产品质量提高的效益（1）浆纱机变频调速可使各单元张力一致。（2）无心磨床一面观察火花，一面调节频率，可提高光洁度。6．3．4意外惊喜带来的效益图6－20浆纱机示意图图6－21无心磨床a）观察火花b）调节频率14休息15分钟156．4新购变频器的试验6．4．1通电试验1．通电前的准备2．通电后的观察图6－22变频器绝缘电阻的测量图6－23变频器的通电试验a）观察面板和风机b）测量输出电压163．熟悉变频器的面板模式转换康沃之MODE键、富士之PRG健、安川之MENU键。读出与写入康沃之ENTER键、富士之FUNC∕DATA健、安川之DATA∕ENTER键。运行康沃之FWD、REV∕JOG键、富士之FWD、REV健、安川之RUN、FWD∕REV键。图6－24变频器的面板a）康沃G3系列b）富士G11S系列c）安川G7系列176．4．2电动机的空载试验6．4．3电动机的负载试验1．负载试验内容图6－25电动机空载试验a）检查旋转方向b）检查输出侧的平衡情况图6－26电动机负载试验a）起动试验b）低速运行试验c）高速运行试验182．谐振试验（1）试验方法（2）谐振的消除图6－27拖动系统谐振试验a）缓慢加速b）缓慢减速图6－28回避频率a）一处回避b）三处回避196．4．4加、减速试验1．加、减速时间校验2．电动机实际加速时间太长的对策（1）调整上限电流图6－29加、减速时间试验a）起动试验b）停机试验图6－30上限电流与加速时间a）加速过电流b）上限电流预置太小c）调整上限电流20（2）加大传动比某输煤机，电动机数据：55kW、1480r/min、102.5A。实际工作电流：95～106A。负载转速：60～300r/min；传动比：λ＝4存在问题：（1）起动困难；（2）电动机发热。（3）加大变频器容量图6－31增大传动比助起动a）传动比较小b）传动比增大图6－32加大变频器容量快速起动a）变频器容量较小时b）变频器容量较大时213．电动机实际加速时间太长的对策（1）调整上限电压（2）调整制动电阻图6－33上限电流与加速时间a）上限电压预置太小b）调整上限电压图6－34制动电阻与制动电流a）制动电流的路径b）制动电流的大小226．4．5电力拖动的基础试验1．机械特性试验2．电流－转矩曲线2．电流－转矩曲线图6－35机械特性试验a）试验方法b）机械特性图6－36电流－转矩曲线a）试验方法b）转矩提升设定c）转矩－电流曲线233．电流－电压曲线图6－37电流－电压曲线a）试验方法b）转矩提升设定c）电流－电压曲线24休息15分钟256．5变频器电路的故障与检测6．5．1整流与滤波电路1．整流桥的粗测（1）粗测与判断（2）损坏原因图6－38整流桥的粗测a）整流桥电路b）万用表测量c）二极管击穿d）二极管烧断图6－39整流管损坏原因a）进线有冲击电压b）后续电路故障c）进线电压不平衡262．滤波电路的粗测3．滤波电容的损坏原因图6－40滤波电路的粗测a）滤波电路损坏特点b）电容器损坏特点c）均压电阻损坏特点图6－41滤波电容损坏原因a)有交流电压窜入b)电压分配不均c)漏电流较大273．限流电阻损坏原因6．5．2逆变电路1．IGBT管的简单测试图6－43IGBT管的简单测试a）控制极反偏b）控制极正偏c）控制极的测量6－42限流电阻损坏原因a）频繁充放电b）短路器件接触不良282．IGBT管的损坏原因3．驱动不足的后果某IGBT管击穿电压：UCEX＝1200V；漏电流：ICEX＝1.0mA；集电极最大电流：ICM＝100A；饱和压降：UCES＝2.6V；额定功耗：PC＝600W。图6－44IGBT管的损坏原因a）环境温度太高b）负荷电流太大c）驱动电压不足图6－45驱动不足的后果a）输出电压和电流不平衡b）IGBT管饱和导通c）IGBT管的截止状态d）IGBT管的放大状态294．反向二极管的粗测5．驱动模块的粗测图6－46逆变桥的粗测a）逆变桥电路b）万用表测量图6－47驱动模块的粗测306．驱动模块电路7．驱动电路的电源图6－48IGBT的驱动电路a）驱动模块电路b）G、E间的电压图6－49驱动电路的电源318．IGBT管的缓冲电路（1）完整的缓冲电路（2）简化的缓冲电路图6－50完整的缓冲电路a）并联电容b）串入电阻c）并联二极管图6－51简化的缓冲电路a）中小容量b）中等容量c）较大容量326．6修理后的通电6．6．1通电的步骤6．6．2通电防短路图6－53通电防短路图6－52变频器通电步骤a）检查整流滤波b）接入逆变管c）接入驱动电路336．6．3电容器放电图6－54电容器放电a）放电电路b）从接线端放电346．7其他调速电动机的变频改造6．7．1直流电动机改变频调速6．7．2三相整流子电动机改变频调速图6－55直流电动机的变频改造a）原拖动系统b）变频拖动系统图6－56三相整流子电动机改变频调速a）原拖动系统b）变频拖动系统356．7．3电磁调速电动机改变频调速图6－57电磁调速电动机改变频调速a）原拖动系统b）变频拖动系统366．9家电的变频调速6．9．1改用了三相电动机1．单相电动机的磁通与转矩2．单进三出变频器图6－59单进三出变频器图6－58单相电动机的磁通与转矩373．单相整流电路（1）存在问题（2）解决方法图6－60单进三出时存在的问题图6－61单进三出的升压电路38图6－62压缩机的起动与停止a）工频起动与停止b）变频起动与停止6．9．2其他好处1．压缩机的起动与停止平稳了2．空调温度稳定了3．冰箱能够速冻了39附录1：宜昌市自动化研究所产品介绍产品名称主要用途与特点EDB强力制动器1．大惯性负载突然停电时迅速停住2．变频器跳闸后迅速停住3．按下停止按钮时迅速停住ＹＡＢ制动单元开关器件由交流接触器的三个触点串联而成，便于用户自行配置和维护制动电阻由电热元件构成，可靠性好，便于用户自行维护ＹＡＦ滤波器用于防止变频器的谐波电流对其他设备的干扰，分输入滤波器和输出滤波器两种。电源缺相保护器用于电源缺相保护，保护方法可靠。PWM电压表用于测量变频器的输出电压通用显示控制器由发光二极管阵列显示各种物理量温差控制器用于把中央空调冷却水和冷冻水的进水温度和出水温度之差转换成4～20mA的电流信号。联系电话：0717—6731644，6770386（可传真）联系人：周从信、何文成附录2：图书信息1．SPWM变频调速应用技术机械工业出版社联系人：孙流芳电话：[phone]．常用变频器功能手册机械工业出版社联系人：李振标电话：[phone]手机：135209871163．变频调速460问机械工业出版社联系人：李振标电话：[phone]手机：135209871164．电动机变频调速图解中国电力出版社联系人：李建强电话：[phone]手机：[phone]